城市轨道交通项目概念界定及相关理论基础

　　2 概念界定及相关理论基础

　　2 Definition of Concept and Theoretical Basis.

　　2.1 城市轨道交通项目的主要特征（Main Characteristics of Urban RailTransit Project）。

　　2.1.1 城市轨道交通简介。

　　城市轨道交通（Urban Rail Transit）在建设部 2007 年发布的《城市公共交通分类标准》中被定义为"采用轨道结构进行承重和导向的车辆运输系统，依据城市交通总体规划的要求，设置全封闭或部分封闭的专用轨道线路，以列车或单车形式，运送相当规模客流量的公共交通方式".城市轨道交通包括地铁、轻轨、单轨、自动导向系统、市郊铁路以及磁悬浮系统等多种类型。

　　结合我国目前城市轨道交通项目的发展情况及未来趋势，本文将研究对象界定为城市地铁系统、轻轨系统两大类。城市轨道交通是世界各个国家城市轨道交通的主要模式，主要在大城市地下空间修筑的隧道中运行，具有技术成熟、运量大（4-6 万人次/小时）、运行速度快等特点，并能够充分利用城市地下空间，缓解用地紧张状况。轻轨是一种中运量（1-4 万人次/小时）的轨道运输系统，采用钢轮钢轨导向，标准轨距，多采用电气牵引方式，主要在城市地面或高架桥上运行，也可进入地下或与城市轨道交通接轨，具有施工简便、建设周期短、造价低、轻巧美观等优点。

　　2.1.2 城市轨道交通项目的建设特征。

　　城市轨道交通建设工程项目构成分为下列工程基本设施和运营设备系统两大部分：

　　（1）工程基本土建设施包括线路、轨道、路基、桥梁、隧道、车站、主变电所、控制中心及车辆基地。

　　（2）运营设备系统包括车辆、供电、通风、空调、通信、信号、给排水、消防、防灾与报警、自动售检票、自动扶梯等及其控制管理设施[37].

　　轨道交通建设无疑是巨大的综合性复杂系统工程，工程规模和时空跨度大，项目结构复杂，从轨道交通建设过程、参与主体、业务领域等过程来看，具有明显的开放复杂系统特征，具体体现在以下几个方面[38, 39]:

　　（1）项目的一次性与空间固定性。

　　城市轨道交通项目和其他大多数建设项目一样，从项目开始实施到最终产品的完成，不会产生完全相同的任务，不容许重复，更不允许推到重来。同时，城市轨道交通项目具有较强的空间固定性，线路与站点的规划与设计一旦敲定，项目实施过程中不能轻易改动，否则会导致项目的投资、工期大大增加，甚至对整个城市轨道交通网络的规划与建设带来重大影响。

　　（2）项目参与方众多，实行分阶段、分专业承包，管理协调难度大。

　　轨道交通工程规模大，大多为地下多层建筑；工程设计施工专业门类多、施工工序及工法繁多，不仅包括隧道、桥梁、地下及地面建筑、轨道等大型土建工程的施工；还包括动力分散型电动列车、信号、通信、供电、自动售检票、环控、给排水、设备监控、防灾报警、综合监控等先进机电设备系统。不仅有现代大型土木工程的特点，还具有现代机电工程的特点。这种特点客观上就要求工程的设计、施工、机电设备供货和运行过程衔接紧密、相互之间接口平顺协调，实行一体化建设管理。但由于轨道交通工程本身的特点及原有落后承包模式等因素的影响，目前轨道交通工程的组织实施多采用分阶段、分专业、平行交叉承包方式，客观上造成工程的设计、施工、供货、安装等过程不能相互搭接，系统接口困难，工程实施协调（管理接口）难度大，工程目标实现的难度大。

　　（3）建设周期长，工期要求紧，工程变更频繁，对造价和工期影响大。

　　城市轨道交通项目投资巨大，单线项目的建设费用高达每公里 3 亿~6 亿元。同时，由于规模大、工作量繁多、技术复杂，其建设周期也较长，单线建设的施工周期一般为3~5 年。轨道交通工程大多途径城市主要商业区、人流密集区、交通主要交汇点，为减少对城市生活、环境及交通的影响，对工期要求严格。如果一旦出现工期拖延，会严重影响城市居民的正常生活和社会的经济发展，并进而影响整个工程、城市的形象。

　　由于未能实行一体化的建设承包，不同阶段、不同专业的承包商面对复杂的工程条件及系统接口要求，只从其自身利益出发，难以按整体最优的工程建设方案组织实施，致使工程设计、施工、设备及材料采购变更量大，不仅使造价居高不下、频频突破预算，甚至严重影响了工程进度和整个系统的性能。

　　（4）工程质量要求高，设计、施工和供货质量控制困难。

　　轨道交通工程属于一个城市的永久性标志工程，其建筑设计寿命长达 100 年。作为百年大计的重点工程，其质量水平受到社会各界的广泛关注，这无疑对工程质量提出了很高的要求。但由于地下工程情况复杂、难以准确勘测，工程地质条件和施工条件的变化，会对原设计方案产生干扰，导致工程中变更多、施工难点多。同时，由于此类工程属于庞大的系统工程，涉及专业多，接口复杂，都为质量控制带来了很大的困难和障碍。

　　（5）注重工程建设、运营期社会影响和效益。

　　在建设过程中，要考虑轨道交通与其他交通方式、城市发展的关系；考虑轨道交通线网布局、建设次序、资源共享的关系；考虑轨道交通工程策划、建设、运营、资源利用的关系等。

　　（6）工程实施风险大。

　　轨道交通工程本身的特点决定了工程实施中的风险和危险性较一般工程项目要大得多，除常见风险因素外，工程还面临着巨大的选址风险、机电设备潜在风险、接口风险以及资金风险和政治风险等，一旦控制管理不当，将对造价、质量和工期造成巨大影响，甚至会导致整个工程的失败。因此，必须从项目一开始就要有强烈的风险意识，加强风险的评估和监控，采取技术、组织和保险措施，回避和化解工程风险。

　　（7）项目受环境制约大、同时对环境的影响也大。

　　城市轨道交通项目贯穿城市各种复杂的工程水文地质及商业、金融、工业、文化娱乐、居民区等，因此必须充分考虑各种条件下的项目施工方法、施工安全等，同时也要重点监控与评估项目污染物的排放、振动、噪声等对周边环境、大气、水文等环境要素的影响，并采取相应的环保措施与对策。

　　2.2 BIM 理论概述（Overview of BIM Theory）。

　　2.2.1 BIM 简介。

　　项目的参与者通常要使用图纸或模型来进行设计、施工和建造等活动。不管是图纸还是模型，都可以被看作是建筑的"副本",从今天的角度来看，它们都是建筑设计的信息化工具。20 世纪下半叶，图纸与模型逐渐进入数字化的时代。20 世纪七十年代，计算机辅助设计的先驱者查理斯·伊斯曼（Chuck Eastman）教授最先提出建筑信息模型的构想，他指出："建筑信息模型综合了所有的几何模型信息、功能要求和构件性能，将一个建筑项目整个生命周期内的所有信息整合到一个单独的建筑模型中，而且还包括施工进度、建造过程、维护管理等的过程信息[40]."对 BIM 的定义和解释有多重版本，不断演化，目前尚没有统一的定义。美国国家BIM 标准（The National Building Information Modeling Standards Committee 简称 NBIMS）对 BIM 的定义：BIM 是一个设施（建设项目）物理和功能特性的数字表达；BIM 是一个共享的知识资源，是一个分享有关这个设施的信息，为该设施从概念到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程；在项目的不同阶段，项目的不同利益相关方可在 BIM 中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映各自职责范围内的协同作业[41].

　　根据已有的 BIM 应用软件及其特征，国际标准组织设施信息委员会（FacilitiesInformation Council,FIC）给出了一个定义：建筑信息模型（Building Information Modeling）是利用开放的行业标准，对设施的物理和功能特性及其相关的项目生命周期信息进行数字化形式的表现，从而为项目决策提供支持，有利于更好地实现项目的价值[42].在其补充说明中强调，建筑信息模型将所有的相关方面集成在一个连贯有序的数据组织中，相关的应用软件在被许可的情况下可以获取、修改或增加数据。
　　
　　在设施信息委员会给出的这个 BIM 定义中，首先界定了建设工程信息，它包含了设施的物理和功能特性及其相关的项目生命周期信息，涉及到了建设工程全过程各个方面的项目信息，不仅仅局限于狭义上的建筑物三维模型几何信息。其次，BIM 是对建筑工程的一种数字化形式的表现，强调了对信息的完全数字化的要求，这也是它从根本上不同于以往的信息技术应用，可以使信息化在建筑行业得以深入发展的一个关键。同时，信息的数字化表现是在开放的行业标准下，以便为各种软件产品提供标准的信息资源并规范各种软件产品之间的兼容性，从而促进整个行业标准化的发展。

　　这个定义准确的界定了这种信息技术在当前建设工程领域中的角色和地位，尤其是明确提出了标准化的要求。这也是一项技术在一个行业中得到广泛应用，并推动行业向前发展的一个基本前提条件。BIM 的标准化包括两个方面的内容，一方面是建筑模型的标准化，涉及建筑构件、材料配件、设计标准等问题；另一方面是信息模型数据的标准化，涉及数据结构和数据的管理、输入、输出等技术问题。目前建设工程领域普遍接受和应用的 BIM 数据标准是由国际协同工作联盟制定的 IFC 标准。

　　2.2.2 BIM 技术的原理。

　　BIM（Building Information Modeling）技术，是一种专门面向建筑设计的基于对象的 CAD 技术，用于对建筑进行数字描述。利用 BIM 技术可以在一个电子模型中存储完整的建筑信息，这种方法被称为一种最新的变革。

　　基于对象的 CAD 不是一个新的概念，对建筑进行数字描述始终是一个理想的途径，但是一直没有在商业上实现，直到近年来个人计算机的普及，才出现了越来越多的 BIM应用系统。BIM 软件不再是低水平的几何绘图工具，操作的对象不再是点、线、圆这些简单的几何对象，而是墙体、门、窗等建筑构件；在计算机上建立和修改的也不再是一堆没有关联的点和线，而是由一个个建筑构件组成的建筑物整体。在 BIM 应用系统中，建筑构件被对象化，数字化的对象通过编码去描述和代表真实的建筑构件。一个对象需要有一系列参数来描述其属性。这个对象的代码必须包括这些参数。参数通常是预先定义好的，或者遵守某些制定好的规则。这些参数信息就构成了建筑的属性。例如一个墙对象是一个具有墙的所有属性的对象，不仅包括几何尺寸信息如长、宽、高，还包含了墙体材料、保温隔热性能、表面处理、墙体规格、造价等等。而在一般的 CAD 绘图软件中，墙体是通过两条平行线的二维方式来表达，线条之间没有任何关联。

　　虽然已经有一些基于建筑信息模型开发的建筑设计软件（以下把这类软件简称为BIM 软件），但由于不同软件公司在技术上的差异，所以采用的技术不尽一致。总的来说，基于建筑信息模型的建筑设计软件系统融合了以下两种主要思想：① 将设计信息以数字形式保存在数据库中，以便于更新和共享；② 在设计数据之间创建实时的一致性的关联，对数据库中数据的任何更改，都马上可以在其他关联的地方反映出来，这样可以提高项目的工作效率和保证项目的质量。

　　2.2.3 建筑信息模型在建筑信息传递过程中的作用。

　　任何类型的建设项目，尽管具体的操作方法可能不同，但几乎都遵循的一般过程分5 个阶段：可行性研究阶段，初步设计与施工图设计阶段，施工阶段，交付使用、管理与维护阶段，销毁阶段。在全过程的不同阶段中，参与活动的人和他们进行的活动都依所在建设项目全过程的阶段不同而不同，但他们之间又有着一定的联系，以保证项目的实施。建设项目信息是建设项目的各个过程之间联系的重要元素，设计意图最终能否实现在最后交付使用的建筑物上就看建设项目信息的传递是否准确、及时。所以建设项目信息的交换与共享是工程项目的主要活动内容之一。

　　建筑信息模型是一种全新的建筑设计、施工、管理的方法，它将规划、设计、建造、营运等各阶段的数据资料，全部包含在 3D 模型之中，让建设项目整个生命周期中任何阶段的工作人员在使用该模型时，都能拥有精确完整的数据，帮助项目团队提升决策的效率与正确性。具体来说，理想的建筑信息模型本身应包含的信息有从规划部门提供的GIS 模型中获取的规划条件信息，从市政、勘察部门提供的数字化模型中获取的地理环境现状信息，从建筑师的建筑造型与空间设计中获取的几何形体信息，从结构师的结构计算中获取的结构尺寸与受力等信息，从电气、暖通工程师的设计中获取的电气与暖通管道布置等信息，从建筑相关厂商提供的数字化模型中获取的建筑材料与构造信息等，所有这些信息均包含于 3D 模型中，总之，任何在实际建筑工程中遇到的情况，都在建筑信息模型中有相应的描述。

　　根据其概念，建筑信息模型中的建筑构件是对象化的数字物体用来描述和表现真实世界的建筑构件。因此建筑信息模型中的三维模型与那些用于表现效果的三维模型有着本质的区别。普通模型只有建筑几何数据，而建筑信息模型除了几何数据外，更有大量的工程数据。建筑信息模型中除了有长、宽、高等几何属性外，还有墙体类型、材料成分、制造商、价格等信息，另外由于它还包含一些行为属性，因此在很大程度上是智能的。如当墙体为复合材料时，墙体交接处可自动识别对应的材料并与之连接等等。

　　由于建筑信息模型包含的信息应该满足整个建筑生命周期，模型必须非常精细，包含相当多的建筑元素，才能适应所有各阶段的需要。建筑信息模型的系统实现方法有两种，一种是超级复杂的综合模型。从计算机的角度看，是共享一个中央数据库，不仅包含建筑模块，还包含结构分析模块、预算模块、能量分析等评估模块、以及一些辅助决策模块等。该系统要为不同的设计者提供共享信息，为建筑师、工程师、预算员提供专业用户接口，这样一个高度集成的系统需要耗费大量的资源进行维护，特别是在管理大型项目其数据分散，管理风险增加，可行性不强。

　　另外一种是分类模型，使用的是联合数据库，让各种专业通过一个模型进行交流。

　　从设计咨询、初步设计再到施工图设计等各阶段，专业人士通过基本模型获取所需的信息用专业工具做他们自己的那部分，然后把他们的成果通过 IFC 格式交换反馈到信息模型当中，传递到下一个阶段以供使用和参考，这种系统可行性强，而且模型在整个生命周期中可以充分利用。他们之间的数据交换是目前建筑业事实上的交换与共享标准--IFC 标准，它是由 IAI（ International Alliance for Interoperability）开发的一套数据模型，其系统既是一套数据呈现标准，也是一套档案格式，其原则是将建筑 3D 模型视为真实世界的物体，目的是让 CAD 使用者在不同的软件间交换设计数据。

　　2.2.4 BIM 信息互用的三大支柱-IFC/IDM/IFD.

　　由于 BIM 技术的关键在于集成了建筑工程项目全寿命周期的所有信息，而目前的软件工具只是涉及建筑全生命周期某个阶段的、某个专业领域的应用，因此引发了新的问题，也就是建筑工程项目各阶段各部门使用各种不同的软件，而这些软件定义的数据格式各异，因此需要一种中立的数据格式来实现各种异构数据的集成，实现各种不同应用软件之间的兼容性。而国际协同工作联盟 IAI 组织，一直致力于的 IFC 标准的研究，就是为了解决这个问题。

　　（1）数据存储标准-IFC.

　　IFC（Industry Foundation Classes）工业基础分类是由国际协同工作联盟（InternationalAlliance for Interoperability,IAI）为建筑行业发布的建筑产品数据表达标准[43].

　　IFC 是一个计算机可以处理的建筑数据表示和交换标准，其目标是提供一个不依赖于任何具体系统的，适合于描述贯穿整个建筑项目生命周期内产品数据的中性机制，可以有效地支持建筑行业各个应用系统之间的数据交换和建筑物全生命周期的数据管理[13].如图 2-1 所示，IFC 标准能够改变建筑信息交换杂乱无章的现状，实现信息的有序共享。IFC 使用形式化的数据规范语言 EXPRESS 来描述建筑产品数据，EXPRESS 是一种描述产品数据的标准化数据建模语言[44].

　　应用 IFC 标准进行不同系统之间的数据交换时，不要求各系统软件内部都应用 IFC标准，只要求在与其他系统进行信息交换时符合 IFC 标准即可[45].它在极大程度上解决了各软件间信息不兼容的问题，采用统一标准化的数据表达，为 BIM 技术提供了主要的数据标准，有利于 BIM 与其他软件间的交互共享。两个不同的软件只要能够识别 IFC格式的文件就可以进行数据的交换。首先由软件 A 生成基于 IFC 的标准建筑模型，该模型用标准化格式记录了建筑构件的几何特征、材料、属性及相互关系。而后另一支持 IFC的软件 B 则可对这一信息进行导入和识别，最终实现不同软件平台间的交互。

　　IFC Schema 是 IFC 标准的主要内容，它提供了建筑工程实施过程所处理的各种信息描述和定义的规范。在 IFC Schema 中，信息既可以描述一个真实的物体（如建筑物的构件），也可以表示一个抽象的概念，如空间、组织、关系和过程等。IFC Schema 由下至上分为四层：资源层（Resource Layer）、核心层（Core Layer）、交互层（InteroperabilityLayer）和领域层（Domain Layer）四个层次构建，每一层又由一些子模块组成，并且子模块之间相互独立[46],如图 2-2 所示。并且遵守一个原则：每个层次只能引用同层次和下层的信息资源，而不能引用上层资源。这样上层资源变动时，下层资源不受影响，在一定程度上保证了体系的稳定性。

　　① 资源层（Resource Layer）。

　　在 IFC 的四层体系结构中，位于最底层的资源层用来描述标准模型中用到的基本信息。该层中所定义的实体（Entity）描述了一些独立于具体建筑的通用信息，如材料、计量单位、尺寸、时间、价格等信息。这些实体不针对任何建设工程和设备，可与其上层（核心层、共享层和领域层）的实体连接，用于定义上层实体的特性。

　　② 核心层（Core Layer）。

　　该层提炼并定义了一些适用于整个建筑行业的抽象概念。包括核心（Kernel）和核心扩展（Core Extensions）两个层次，其中核心扩展又可分为三大部分，即：控制扩展（ControlExtension）、产品扩展（Product Extension）、和过程扩展（Process Extension），它是 IFC 结构体系中最重要的组成部分。该层主要描述建筑工程信息的整体框架，其将资源层的信息用一个整体框架组织起来，使它们相互联系和连接，组成一个整体，真实反映现实世界的结构，代表概念、关系、角色。例如过程扩展和控制扩展中的工作、工序、进度等；产品扩展中的建筑物、场地、构件、空间等；核心纲要中的过程、产品、控制、关系等概念。通过核心层把资源层的通用信息相连接，使实体与概念合成一体。

　　③ 共享层（Interoperability Layer）。

　　该层分类定义了一些适用于建筑项目各领域（如建筑设计、施工管理、设备管理等）的通用概念，以实现不同领域间的信息交换。比如说，在共享建筑元素中定义了梁、柱、门、墙等构成了一个建筑结构的主要构件；而在共享服务元素中定义了采暖、通风、空调、机电、管道、防火等领域的通用概念。共享层由五部分组成：共享服务元素、共享部件元素、共享建筑元素、共享管理元素、共享设备元素。

　　④ 领域层（Domain Layer）。

　　领域层在 IFC 框架中处于最高岑个，它分类定义了一个建筑项目的不同领域特有的概念和信息实体。主要深入各个应用领域的内部，形成各个领域的专题信息，如暖通空调领域（HVAC Domain）、建设管理领域（Construction Management Domain）等。比如说，建设管理领域中的工人、施工设备、承包商等，结构工程领域中的桩、基础、支座等，暖通工程领域中的锅炉、冷却器等。该层可以根据实际的需要不断进行扩展。

　　（2）信息传递标准-IDM.

　　IFC 的目的是支持所有项目阶段的所有业务需要，实际上就是项目成员之间需要交换或分享的所有信息的总和。但这不是项目信息通常提交的方法。通常情况下要交换的信息是关于某一个特定的主题，例如结构分析、HVAC、预算等。信息的详细等级也由特定的项目阶段决定，其目的是支持某一个或几个阶段的某一个业务需求，其主要任务是决定由哪些 IFC 的基本元素来满足这个业务要求。这就是 IDM 要完成的事情。

　　IDM 的全称是 Information Delivery Manual,即信息交付手册。IDM 用于定义建设项目生命周期内某一个或几个工作流程、项目参与方，或应用软件之间来进行的用户信息交换需要及流程。IDM 的技术构架如图 2-3 所示。

　　IDM 技术架构由于同时涉及到 BIM 用户和软件供应商，看起来比较复杂。上部画圈中的内容是和 BIM 用户有关的，而图中下部分则是和软件开发商有关的。这里简单介绍一下与 BIM 用户有关部分的内容：

　　① 参考流程：它是构成流程图的基本单元，例如创建建筑 BIM 模型。

　　② 流程图：流程图描述在某个特定主题（例如结构分析）边界条件下活动的流动顺序，其目的是理解构成流程图的活动配置、参与的角色、需要的信息、使用的信息和产生的信息。

　　③ 交换需求：在项目指定阶段支持一个特定的业务要求所需要交换的一组信息。

　　（3）信息语义标准-IFD.

　　面对市场全球化的今天，建设项目各参与方来自不同地区、不同国家、不同语言体系及不同文化背景的情况已经司空见惯。IFD 的官方资料中有一个例子：在普通的语言字典中，挪威语的"dor"译为英语的"door",是"门"的意思，它作为非技术的语言交流没有任何问题。但实际上挪威语的"dor"是"门框"的意思，对应的英语词汇是"door set",而英语的"door"则是"门扇"的意思，其对应的挪威语词汇则是"dorblad".

　　这就是说，当某个词汇作为自然语言交流时，它并没有问题，但在进行建设项目全生命周期中的信息交换时则可能会出现问题：即需要的信息是"A",通过交换所得到的信息却可能会成了"B".

　　IFD 的全称是 International Framework for Dictionaries,即国际字典框架。IFD 通过引入似人类身份证号码的 GUID（Global Unique Identifier,全球唯一标识）来给每一个概念定义一个全球唯一的标识。不同国家、地区、语言体系的名称和描述都与 GUID 进行一一对应，从而保证了每个项目参与方通过信息交换所得到的信息，与该项目参与方所想要的信息一致。

　　（4）BIM 和 IFC、IDM、IFD 间的关系。

　　BIM 价值的最大化实现需依赖于不同项目参与方及应用软件之间的信息自由流动，从而使得项目参与方在其的专业工作有所需求的时候，能够从上游参与方已收集的信息中及时得到他需要的具有质量保证的信息；同时该项目参与方收集或更新的信息也应该遵守所有上游参与方同样的共享规则，在适当的时候为其下游参与方提供合适的信息。

　　由于建设项目生命周期内的参与方众多、阶段划分众多，而且需要使用的软件产品数量也众多。要保证这些参与方和应用软件在项目整个生命周期内的信息交换的有效性，建立中立的、公开的信息交换标准格式成为必须，前文已阐述这个信息交换标准格式就是 IFC,它是用来存取建筑全生命周期中各种信息。

　　IFC 中包含了建设项目全生命周期内所有项目参与方及其应用软件需要的信息，但在实际工作环境中每个项目参与方面对的只是其中某一个特定的项目（如，一个建筑单体），而每个项目参与方只负责项目中的某一项或几项工作（例如结构设计），他需要进行信息交换才能得到完成他的工作所需要的信息；同时把该项目参与方在工作中收集或更新的信息交换给其他需要信息的项目参与方使用。这里用来定义某个指目以及项目阶段、项目参与方、项目业务流程所需要交换的信息部分以及由该流程产生的信息的内容即为 IDM,即它是用来传递建筑全生命周期中各种信息。

　　由于自然语言具有多样性和多义性，为保证来自不同地区、国家、语言体系和文化背景的信息提供者与信息请求者对同一个概念有完全一致的理解。IFD 为建筑全生命周期中的每个概念和术语赋予了全球唯一标识码 GUID,这使得 IFC 里面的每个信息与全球唯一标识码 GUID 有一一对应的连接。只要提供了所需要交换信息的 GUID,就能得到唯一的信息，这就避免了不同地区、国家、语言体系和文化背景的项目参与方对同一个概念有不同的理解。这里全球唯一标识码 GUID 所对应的内容就是 IFD,它用来表示建筑全生命周期中各种信息的语义。

　　IFC、IDM、IFD 构成建设项目全生命周期中信息交换与共享的三个基本支撑，是实现 BIM 价值最大化的三大支柱。

　　2.3 工作结构分解（Work Breakdown Structure）。

　　2.3.1 创建工作结构分解（WBS）。

　　PMBOK2013（第 5 版）中将工作结构分解（WBS）定义为：以可交付成果为导向的工作层级分解，其分解的对象是项目团队为实现项目目标、提交所需可交付成果而实施的工作。工作结构分解每下降一个层次就意味着对项目工作更详尽的定义。工作结构分解组织并定义项目的总范围，代表着现行项目范围说明书所规定的工作。计划要完成的工作包含在工作结构分解底层的组成部分中，这些组成部分被称为"工作包".可以针对工作包安排进度、估算成本和实施监控。

　　分解就是把项目可交付成果划分为更小的、更便于管理的组成部分，直到工作和可交付成果被定义到工作包的层次。工作包是工作结构分解的底层，是能够可靠地估算和管理工作成本和活动持续时间的位置。工作包的详细程度因项目大小与复杂程度而异。

　　要把整个项目工作分解成工作包，一般需开展下列活动：

　　（1）明确项目目标；目标必须符合 SMART 原则，即目标是：具体的（Specific）、可衡量的（Measurable）、可达到的（Attainable）、相关的（Relevant）和有时间限定的（Time-bound）。

　　（2）识别和分析可交付成果及相关工作；（3）确定工作结构分解的结构与编排方法；（3）自上而下逐层细化分解；（4）为工作结构分解组成部分制定和分配标志编码；（5）核实工作分解的程度是必要且充分的。

　　图 2-5 显示了某工作结构分解的一部分，其中若干分支已经向下分解到工作包层次。

　　创建项目 WBS 是进行项目管理的关键和基础，如果这部分工作做得好，其他接下来的工作就会轻松容易些。那么，如何检验制定的 WBS 是否完善了呢？这里给出检验WBS 是否完全的几个标准[47-49]:

　　（1）能明确界定工序的开始和结束日期，且工序工期在可接受期限内；（2）对每项工序能较准确地估计其所需的资源和费用；（3）每项工序都能具体落实到责任人；（4）工序安排是独立的，且每项工序都有可验证、可计量的可交付成果。

　　2.3.2 工作结构分解的作用。

　　建立工作结构分解 WBS 有什么用呢？Dinsmore 指出：需要一个完整观念描绘出一条成功实施项目管理的道路，所有这些都是从 WBS 开始的[50].同时，也可以看作 WBS是对"项目中要完成什么？这个问题的回答。项目失败的一个主要原因就是直到项目要完结时才发现某些工作被忘记了。某些工作因为被忘记而没有被提前准备好，无论对项目工期还是成本来说，都可能会产生重大影响，有些甚至是致命的。WBS 就是提醒：

　　时刻不要忘记那些所有应该做的事情[51],并且控制"范围蔓延（Scope Creep）"不多作任何事情[52].WBS 的另一个重要作用就是它把项目有机的连接在了一起[53].

　　概括来讲，建立工作结构分解的基本作用包括[54, 55]:

　　（1）明确和准确说明项目的范围；（2）为各独立单元分派人员，规定这些人员的相应职责；（3）针对各独立单元，进行时间、费用和资源需要量的估算；（4）是建立项目管理信息平台的基础；（5）将项目工作与项目的财务账目联系起来，便于划分和分派责任；（6）积累和分析项目历史数据，为项目管理持续改进建立基础。

　　2.3.3 创建工作结构分解的原则。

　　工作结构分解有其基本规律，若不能正确分解会造成项目管理工作的失误，因此在进行项目分解时应注意以下几点原则：

　　（1）完整性。即在分解时应注意保证项目分解单元内容的完整性，不能遗漏。对任何单元项目 J,其所包含的工作内容应满足 Pjl+Pj2+ +Pjn=Pj=P（2）线性。一个项目单元 Ji只能从属于一个上层项目单元 J,而不能同时交叉属于多个上层项目单元 J 和 I,即分解后结构为线性的树型结构。否则，将会使得上层任务界面不清而造成下层单元任务的划分不当。

　　（3）同质性。项目单元 J 分解得的 Ji应保证具有相同的性质，保持相同性质才能代表项目。

　　（4）独立性。每一个项目单元应可以区分不同的责任人和工作内容，具有较高的整体性和独立性。为了促进项目目标和责任的分解和落实，便于最终结果的评价和责任分析，项目单元间的工作责任和界面应尽可能小而明确。

　　（5）弹性。由于项目是一个一次性的复杂特殊活动，在进行过程中会受到参与各方及项目环境的影响，因此工作结构分解需要具有一定的弹性。便于应对项目中的各类设计变更与计划修改，能方便地扩展项目的范围、内容和变更项目的结构。

　　（6）详略得当。项目分解的详略程度应兼顾工程项目的大小、工期长短、项目复杂程度、项目的组织层次、参加单位的数量、各参加单位内部的职能部门和人员数量等因素。过粗或过细的分解都有可能造成项目计划与控制的失误，因此应兼顾多方因素，随着项目的推进而逐步细化。

　　2.4 本章小结（Chapter Summary）。

　　通过研究城市轨道交通的概念与项目建设特征，将本研究范围界定为城市地铁系统、轻轨系统两大类；在综合研究国内外机构和学者有关 BIM 的基础上，通过分析 BIM 技术的原理，建筑信息模型在建筑信息传递过程中的作用，BIM 信息互用的三大支柱-IFC/IDM/IFD,对 BIM 技术的相关理论基础进行系统研究，为基于 BIM 技术的进度管理提供可靠的理论基础；工作结构分解是编制进度计划和进行进度控制的基础，本章通过研究工作结构分解的作用、创建方法、创建原则，为后续研究中基于 BIM 技术的工作结构分解提供可靠的理论基础。